Учебная программа по генетике для студентов 4,5 курсов

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Институт естественных и социально-экономических наук
Кафедра зоологии и методики обучения биологии
УЧЕБНАЯ ПРОГРАММА
ПО ГЕНЕТИКЕ
для студентов 4,5 курсов студентов ОЗО по специальности
«Биология»
Составитель: С.И. Мезина,
доцент кафедры зоологии и МОБ
Согласовано:
Зав. кафедрой зоологии
и МОБ профессор, д.б.н.
А.В. Сахаров
Новосибирск 2011
I. ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
1.1. Цель и задачи.
Цель. Формирование у студентов комплекса знаний, умений и навыков по
генетике.
Задачи.
1. Сформировать представление о наследственности и изменчивости
организмов.
2. Изучить основные закономерности наследственности и изменчивости.
3. Выяснить особенности передачи наследственной информации у
прокариот и эукариот.
4. Показать возможность применения генетических знаний в
практической деятельности человека.
5. Рассмотреть генетическую опасность загрязнения окружающей среды
мутагенами.
1.2. Требования к знаниям и умениям.
В ходе изучения курса генетики студент должен:
1. Приобрести систему знаний по генетике.
2. Овладеть системой знаний о механизмах наследственности и
изменчивости организмов.
3. Владеть понятийно-категориальным аппаратом генетики и смежных
дисциплин.
4. Уметь применять знания генетики в исследовательской деятельности.
5. Владеть приемами и методами преподавания раздела генетики в курсе
общей биологии общеобразовательной школы.
1.3. Принципы построения программы.
Программа построена в соответствии с общими дидактическими
принципами. Последовательность изложения материала отражает основные
этапы развития генетики. В программе учтены новейшие достижения
генетики и ее стремительное развитие на современном этапе. Все разделы
программы предполагают наряду с фундаментальными знаниями усвоение
студентами возможности применения этих знаний в практической
деятельности человека. Практические занятия направлены на закрепление
студентами теоретического материала путем решения задач и постановки
генетических экспериментов.
1.4. Основные методические и методологические положения.
Методология курса основывается на представлении материальности
органического мира. Изучение курса проводится в лекционно-семинарской и
групповой форме. Самостоятельная работа студентов направлена на
активизацию познавательного процесса, закрепление, углубление и
расширение знаний по генетике.
II. СОДЕРЖАНИЕ
Введение. Предмет и задачи генетики. Генетика как наука о
наследственности и изменчивости. Основные разделы современной генетики
и ее место среди биологических наук. Значение генетики для сельского
хозяйства, биохимической промышленности, медицины, педагогики. Место
генетики в курсе общей биологии общеобразовательной школы и в классах
углубленным изучением биологии.
Основные этапы развития генетики. Представления о наследственности
до Г. Менделя. Переворот в представлениях о наследственности,
совершенный Г. Менделем. Хромосомная теория наследственности.
Эволюция представлений о химической природе гена. Создание
«центральной догмы молекулярной биологии».
Особенности развития генетики в России. Генетика в России после
Октябрьской революции до середины 30-х годов и классики этого периода.
Разгром генетики на сессии ВАСХНИЛ 1948 г. Причины лысенковщины.
Официальное признание генетики. Современные проблемы генетики и ее
важнейшие достижения в настоящее время.
Методы генетических исследований. Гибридологический метод как
основной метод генетики. Использование в генетических исследованиях
методов других наук (цитологии, биохимии, математики и т.д.).
Классические объекты генетики. Дрозофила как объект генетики.
Правила постановки опытов с дрозофилой.
Материальные основы наследственности. ДНК как носитель
наследственной информации. Строение ДНК и механизм ее репликации.
Особенности строения наследственного аппарата и передачи наследственной
информации у вирусов, прокариот и эукариот.
Хромосомы эукариот, их химический состав, ультраструктурная
организация и уровни упаковки. Клеточный цикл и изменения,
происходящие в нем с хромосомами. Митоз как механизм бесполого
размножения у эукариот. Кариотип и его видовая специфичность. Эндомитоз
и политения. Политенная хромосома как модель интерфазной хромосомы
эукариот. Методы окрашивания хромосом и их значение в анализе
кариотипа. Многоцветная FISH- окраска хромосом.
Цитологические основы полового размножения. Мейоз, его фазы и
стадии. Биологическое значение мейоза. Место мейоза в цикле развития.
Гаметогенез и оплодотворение у животных. Спорогенез, гаметогенез и
оплодотворение у растений. Особенности жизненных циклов у
эукариотических микроорганизмов.
Закономерности
наследования
признаков
и
принципы
наследственности. Особенности наследования при бесполом размножении.
Наследование при моногибридном скрещивании. Гибридологический метод,
разработанный Г. Менделем. Закон единообразия гибридов первого
поколения. Закон расщепления. Статистический характер расщепления.
Расщепление по фенотипу и генотипу. Гомозиготность и гетерозиготность.
Гипотеза чистоты гамет и ее цитологические основы. Гаметическое
расщепление и тетрадный анализ. Типы скрещиваний в генетике:
анализирующее, возвратное, реципрокное.
Наследование при полигибридном скрещивании. Закон независимого
наследования признаков и его цитологические основы.
Наследование при взаимодействии генов. Взаимодействие аллельных
генов (полное доминирование, неполное доминирование, кодоминирование,
сверхдоминирование).
Плейотропия.
Множественные
аллели.
Взаимодействие неаллельных генов. Комплементарность. Эпистаз.
Полимерия и наследование количественных признаков. Расщепления по
фенотипу при различных типах взаимодейсивия генов. Гены-модификаторы.
Пенетрантность и экспрессивность.
Генетика пола. Хромосомный механизм определения пола.
Гомогаметный и гетерогаметный пол. Балансовая теория определения пола.
Гинандроморфизм и интерсексуальность. Половой хроматин. Сцепленное с
полом наследование.
Сцепление генов и кроссинговер (закон Т. Моргана). Генетическое
доказательство кроссинговера. Одинарный и множественные перекресты.
Интерференция. Группы сцепления. Генетические карты. Цитологическое
доказательство кроссинговера. Определение локализации гена в хромосоме.
Цитологические карты хромосом и их сопоставление с генетическими.
Основные положения хромосомной теории наследственности.
Нехромосомное наследование и его основные особенности.
Наследование через пластиды и митохондрии. Особенности организации
генома пластид и митохондрий. Цитоплазматическая мужская стерильность.
Взаимодействие ядерных и внеядерных генов. Наследование через
инфекцию.
Особенности генетического анализа
у микроорганизмов.
Микроорганизмы как объекты генетики. Особенности строения и передачи
наследственной информации у бактерий и вирусов. Сексдукция.
Трансформация. Трансдукция. Ауксотрофные мутанты и их значение при
изучении цепей биосинтеза. Гипотеза «1 ген – 1 фермент». Практическое
использование достижений молекулярной генетики. Генная инженерия.
Изменчивость, ее причины и методы изучения. Классификация
изменчивости.
Наследственная
и
ненаследственная
изменчивость.
Модификационная изменчивость и методы ее изучения. Норма реакции.
Значение модификационной изменчивости для эволюции и селекции.
Мутационная изменчивость. Классификация мутаций. Спонтанный и
индуцированный мутагенез. Факторы, вызывающие индуцированные
мутации. Генеративные и соматические мутации и их значение в эволюции.
Классификация мутаций по характеру изменения генотипа. Генные мутации
и их молекулярная природа. Метод ClB.
Хромосомные перестройки и их типы. Особенности мейоза у
гетерозигот по нехваткам, дупликациям, инверсиям и транслокациям.
Значение хромосомных перестроек в эволюции.
Геномные мутации. Полиплоидия в природе и опыте. Аллополиплоиды и их
генетические особенности. Причины стерильности отдаленных гибридов и
способы их преодоления. Опыты Г. Д. Карпеченко. Синтез и ресинтез видов.
Значение полиплоидии в эволюции и селекции. Анеуплоидия. Трисомики,
моносомики, тетрасомики и нуллисомики. Особенности мейоза у
анеуплоидов. Жизнеспособность и плодовитость анеуплоидов.
Цитоплазматические мутации и их особенности.
Генетическая опасность загрязнения окружающей среды мутагенами.
Природа гена. Эволюция представлений о гене. Ген в классическом
понимании. Современные представления о структуре гена и аллелизме.
Молекулярные механизмы реализации наследственной информации.
Генетический код и его основные свойства. Экспериментальная
расшифровка генетического кода и доказательства его универсальности.
Биосинтез белка в клетке. Транскрипция и трансляция. Регуляция
транскрипции у прокариот. Регуляция работы генов у эукариот. Особенности
генов эукариот. Интроны и экзоны. Искусственный синтез гена.
Генетические основы онтогенеза. Механизмы дифференцировки.
Действие и взаимодействие генов. Генотип и фенотип. Стадии и критические
периоды онтогенеза.
Генетика популяций и генетические основы эволюции.
Панмиктические популяции и популяции с самооплодотворением.
Генетическая структура и динамика популяции самооплодотворяющихся
организмов. Генетическое равновесие в панмиктической популяции. Закон
Гарди-Вайнберга. Факторы генетической динамики популяций. Значение
генетики в развитии эволюционной теории.
Генетика человека. Основные методы генетики человека
(генеалогический,
цитогенетический,
близнецовый,
популяционный,
биохимический). Проблемы медицинской генетики. Наследственные болезни
человека, их классификация и распространение в популяциях.
Иммуногенетика человека. Болезни обмена веществ. Кариотип человека в
норме и патологии. Хромосомные болезни человека и методы их
диагностики.
Задачи
медико-генетических
консультаций.
Роль
наследственности и среды в обучении и воспитании.
Генетические основы селекции. Селекция как наука и как
технология. Предмет и задачи селекции. Понятие о породе, сорте, штамме.
Учение об исходном материале в селекции. Центры происхождения
культурных растений по Н. И. Вавилову. Закон гомологических рядов в
наследственной изменчивости и его использование в селекции.
Отбор и его творческая роль. Источники изменчивости для отбора.
Комбинативная изменчивость. Принципы подбора пар для скрещивания.
Мутационная изменчивость. Индуцированный мутагенез. Методы отбора.
Индивидуальный и массовый отбор. Сиб-селекция.
Системы скрещивания в селекции растений и животных. Инбридинг и
аутбридинг. Гетерозис и гипотезы о его механизме. Использование простых
и двойных линейных гибридов в растениеводстве. Производство гибридных
семян на основе цитоплазматической мужской стерильности.
Полиплоидия и отдаленная гибридизация в селекции. Клеточная,
хромосомная и генная инженерия как новейшие методы селекции.
Генетически модифицированные (трансгенные) растения и животные.
Трансгенные продукты. Аргументы «за» и «против» производства и
использования трансгенных продуктов.
III. ТЕМАТИЧЕСКОЕ ПЛАНИРОВАНИЕ
заочное отделение
Наименование раздела, темы
№
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
Введение. История генетики
Трудоемкость
аудиторные занятия
Лекции
Пр. зан.
Сем.
1
Дрозофила как объект генетики
1
сам.
работа
7
7
Материальные основы наследственности
8
Наследование при моногибридном и
полигибридном скрещивании
1
1
6
Взаимодействие генов
2
2
8
2
4
2
10
Генетика пола
Хромосомная теория наследственности
2
Нехромосомная наследственность
Изменчивость. Мутации
4
2
2
12
Молекулярная генетика
12
Генетические основы онтогенеза
4
Генетика популяций
12
Генетика человека
2
2
Генетические основы селекции
Итого:
10
12
12
2
10
2
116
IV. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Обязательная:
1. Жимулев И. Ф. Общая и молекулярная генетика: Учебное пособие. –
Новосибирск, Изд-во НГУ: Сиб. Унив. изд-во, 2006.
2. Стамбеков С. Ж., Короткевич О. С., Петухов В. Л., Жигачев А. И.
Генетика. Учебник. – Новосибирск, Сем ГПИ, 2006.
3. Мезина С.И. Наследственность и изменчивость : Учебное пособие. –
Новосибирск: Изд. НГПУ, 2009.
4. Мезина С. И. Обучающий задачник по генетике (вузовский уровень). Новосибирск: Изд. НГПУ, 2004.
5. Мезина С. И. Задачник по генетике: Учебное пособие. - Новосибирск: Изд.
НГПУ, 2003.
Дополнительная:
1.Абрамова З. П. практикум по генетике, Ст. Пб.: «Агропромиздат»,1997.
2.Айала Ф., Кайгер Д. Современная генетика. В 3-х т. - М.: Мир, 1987.
3.Захаров А.Ф., Бенюш В.А., Кулешов Н.П., Барановская Л.И. Хромосомы
человека (Атлас).- М.: Медицина, 1982.
4. Инге-Вечтомов С. Г. Генетика с основами селекции. - М.: Высшая школа,
1989.
5. Козлова С. И., Семанова Е., Демикова Н. С., Блинникова О. Е.
Наследственные синдромы и медико-генетическое консультирование. - Л.:
Медицина, 1987.
6. Мезина С. И. Тестовые задания по генетике: учебно-методическое
пособие.-Новосибирск: Изд. НГПУ, 2006.
7. Фогель Ф., Мотульски А. Генетика человека. Т.1.- М.: Мир, 1989.
V. КОНТРОЛИРУЮЩИЕ МАТЕРИАЛЫ
ПРЕДСТАВЛЕНЫ в учебно-методическом пособии: Мезина С. И. Тестовые
задания по генетике: учебно-методическое пособие. - Новосибирск: Изд.
НГПУ, 2006.
VI. ПРИМЕРНЫЕ ТЕМЫ КУРСОВЫХ РАБОТ
1. Методики изготовления микропрепаратов для демонстрации в школе
хромосом, митоза и мейоза.
2. Организация дрозофильного практикума в школе.
3. Изучение частот встречаемости мутантных аллелей в популяциях
кошек.
4. Множественные аллели в популяциях белого клевера.
5. Определение загрязненности окружающей среды мутагенами.